Можливості біоіндикації на різних рівнях організації живих організмів

Біоіндикація можлива на різних рівнях організації живої мате-рії: макромолекула, клітина, орган, тканина, система, організм, популяція, біоценоз. З підвищенням рівня організації біологічних систем зростає і їх складність, бо одночасно все більше ускладню-ються їхні взаємовідносини з факторами біотопу.

Інколи біоіндикаційні методи, які легко використовують на нижчих організаційних рівнях, можуть так ускладнити біоінди-кацію в більш комплексних біосистемах, що розрізнити вплив фактора надто важко, а то й неможливо. З іншого боку, біоін-дикаційні ознаки, що виявляють на вищому організаційному рівні, пов'язані з відповідними змінами, що відбулися на попе-редньому рівні. Цю закономірність слід враховувати при пошу-ках можливостей ранньої біоіндикації. В порівнянні з окремими

організмами екосистеми реагують на стресові впливи, як пра-вило, із запізненням і в дуже зміненій формі. Широка гама різно-манітних елементів в екосистемі та їх складні взаємовідносини заважають процесам ідентифікації тих чи інших відповідей сис-теми на різні вхідні сигнали стресових реакцій.

Аналізуючи реакції організмів на певні антропогенні стре-сори і порівнюючи їх з правильно підібраним контролем (з неза-брудненого місця існування), можна зробити висновки про стан довкілля.

Надійність організму проявляється в ефективності його захис-них пристосувань, в його стійкості до дії несприятливих факто-рів зовнішнього середовища: дефіциту води, високої і низької температури, нестачі кисню, засоленню і загазованості довкілля, іонізуючого опромінювання, інфекції та ін. Несприятливі фак-тори називають стресорами, а реакції організму на будь-які від-хилення від норми - стрессом.

Реакції, обумовлені стресорами, відносяться до різних систем-них рівнів ієрархічної організації обміну речовин.

• організація, структура і склад біомембран (наприклад, змі­нюється проникність); концентрація макромолекул (наприклад, змінюється кількість ферментів); активність макромолекул (наприклад, ферментативна);

• продукування речовин із захисними функціями (напри-клад, проліну); індукція нових метаболічних систем або хід біохі-мічних реакцій;

• структура клітин.

На рівні організмів і екосистем вплив стресорів помітний тільки завдяки появленню зовнішніх симптомів пошкодження (наприклад, некроз, хлороз) після того, як перейдена межа адап-тивної здатності і системи стають нестабільними. Наприклад, реакцію індикаторних рослин можна простежити тільки за виникненням певного пошкодження.

При необхідності своєчасного запобігання необоротних змін стану раннє розпізнавання порушень часто є вирішальним. Про чутливість біохімічних і фізіологічних параметрів часто можуть свідчити дуже незначні концентрації стресора. На клітинному, субклітинному рівнях біоіндикації вплив стресорів частіше всього прихований від спостерігача, однак його можна вимірити за допомогою молекулярно- біологічних, біохімічних та фізіоло-гічних методів.

Таким чином, на перший план виступають причинно-аналі-тичні досліди, за допомогою біохімічних і фізіологічних методів, які дозволяють зрозуміти механізми дії стресорів. Ці механізми дуже важливі, оскільки :

• видимі симптоми будь-якого пошкодження - результат глибоких змін в обміні речовин рослин і тварин, причина (при-чини) яких важливі для розуміння подібних явищ;

• точне знання цих механізмів дії дозволяє провести ранню діагностику порушень;

• з їх допомогою можна пояснити адаптаційні механізми

і прийняти захисні міри, щоб якомога раніше спинити розви-ток необоротних змін. Реакції, обумовлені стресорами, можуть широко використовуватися в структурі біологічного моніто-рингу.

Екологічне тестування - оцінка дії токсиканта за відповід-ними реакціями організмів. Основний принцип тестування - це постановка експерименту, в ході якого досліджувані тест-функ-ції або тест-реакції того чи іншого тест-об'єкту кількісно оціню-ються в умовах впливу токсикантів (в різних концентраціях) в порівнянні з контролем, який знаходиться в аналогічних умо-вах, але не піддається дії токсиканта.

ЗВЕРНІТЬ УВАГУ

У відповідності з організаційними рівнями біологіч-них систем можна встановити й різні рівні біоіндика-ції. Звичайно, їх неможливо строго розмежувати тому, що прояви біоіндикації переплітаються, взаємозв'я-зані, доповнюються один одним. Основного має доби-ватися дослідник в галузі біоіндикації - достовірності. Достовірність - це міра поєднання індикатора з об'єктом індикації. Абсолютно достовірним вважається індикатор, якому в ста відсотках випадків відповідає об'єкт індика-ції. Для підрахунків показника достовірності беруть певне число еталонних ділянок або майданчиків, де обов'яз-ково є індикатор. Серед них є й такі, де індикатор можна виявити разом з об'єктом індикації. Відсоткове співвід-ношення цих ділянок і ділянок з індикатором, але без об'єкта індикації, служить кількісним показником досто-вірності індикатора. Зазвичай користуються задовільно надійними індикаторами, бо абсолютно достовірні інди-катори проявляються рідко. Показник достовірності ще не дає повного уявлення про практичну значимість того чи іншого індикатора. Так, наприклад, якщо якась рослина завжди прив'язана до об'єкта індикації, але рідко зустрі-чається в природі (якщо занесена в Червону книгу), то його практичне значення обмежене. Тому для індикаторів введено ще і показник значимості, який відображає кар-тину того, наскільки часто індикатор знаходиться разом з об'єктом індикації. При визначенні цього показника за 100% приймається кількість еталонних ділянок з об'єктом індикації. Значимість виражається відношенням кількості еталонних ділянок, де об'єкт індикації знаходиться разом з індикатором, до загальної кількості еталонних ділянок з об'єктом індикації, виражених у відсотках. Наприклад, об'єкт індикації виявлений на 60 еталонних ділянках, при цьому на 42 ділянках він присутній разом з індикатором.

Рослини розповідають про умови навколишнього середо-вища, в якому вони знаходяться, за допомогою тих чи інших ознак, які російський еколог Б. В. Виноградов4з класифікував на флористичні, морфологічні, фізіологічні, фітоценотичні.

Один з провідних фахівців у галузі фітоценотичних дослід-жень Р. Шубертдд, доповнив перелік рівнів біоіндикації і визна-чив таких шість типів:

J біохімічні і фізіологічні реакції;

J анатомічні, морфологічні, біоритмічні і поведілкові відхи-лення;

J флоритичні, фаутичні і хорологічні зміни;

J ценотичні зміни;

J біогеоценотичні зміни;

J зміни ландшафтів.

Однак всі ці рівні біоіндикації взаємозалежні і не підлягають чіткому розмежуванню.

Дослідник Рабе в 1982 р. запропонував два методи, придатних для біоіндикації: пасивний і активний моніторинг. За допомо-гою пасивного методу в організмів, які вільно живуть, досліджу-ються видимі чи малопомітні пошкодження або відхилення від норми, що є ознаками стресових впливів. Активний моніторинг полягає в тому, щоб виявити ті ж самі впливи на тест-організми, які знаходяться в стандартизованих умовах на досліджуваній території.

Поширеним видом біоіндикації є фітоіндикація, тобто визна-чення умов середовища за станом рослин.

Для фітотестування використовують широкий спектр тест-рослин, серед яких значне місце посідають злакові, бобові, мареві та ін. Доцільно вивчати реакцію рослин на забруднення середовища на різних стадіях онтогенезу.

43 Виноградов Б.В. Аэрокосмический мониторинг экосистем. - М.: Наука, 1984. - 320 с.

44 Шуберт Р. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем І Вайнерт Э., Вальтер Р., Вет-цель

Т. и др. Пер. с нем. Г. И. Лойдиной, В. А. Турчаниновой. - М.: Мир. - 1988.

Морфологічні зміни в рослинах під впливом антропогенних факторів середовища привертали до себе увагу дуже давно. Ще в середині XIX ст. були виявлені пошкодження димом рослин, навколо бельгійських і англійських фабрик, які виробляли соду.

Крім цього, морфологічні методи індикації використовують при селекції стійких ліній лісових, плодових і декоративних рослин. Використання рослин як біоіндикаторів промисло-вого забруднення природного середовища дозволить не тільки оцінити екологічний вплив окремих хімічних речовин, але й виявити сукупну дію забруднювачів із врахуванням різних при-родних факторів.

Фітоіндикація - складова загальної системи біоіндикації. За Я. П.

Дідухом45 (1994) предмет фітоіндикації чітко окрес­лений - це оцінка екологічних чинників за допомогою ознак рослин. Саме системний підхід вивів фітоіндикацію на більш високий рівень досліджень і дозволяє оцінювати не тільки ста-тичні властивості екосистем, а й їх динаміку, зміни процесів, що спричинені як природними, так і антропогенними факторами. Велика роль у цьому відводиться оцінці довкілля за накопичен-ням в органах рослин забруднювачів.

45 Дідух Я.П. Основи біоіндикації. - К.: Наук. думка, 2012. - 344 с. Дідух Я.П., Плюта П.Г. Фіто­індикація екологічних факторів. - К.: Наукова думка, 1994. - 280 с.

Отже, біоіндикація - економічно ефективний метод контролю якості середовища існування, вартість досліджень первинного санітарно- гігієнічного районування всієї території, яка знахо-диться в зоні дії джерела забруднення, значно менше коштує постійного аналітичного контролю складу атмосферного повітря в одній точці.

Таким чином, екологічна діагностика стану довкілля є джере-лом необхідної інформації для прийняття управлінських рішень щодо природоохоронних заходів і вироблення стратегії гармо-нізації співіснування природи і суспільства.

САМОСТІЙНІ ЗАВДАННЯ ДО РОЗДІЛУ V

Питання для роздумів, самоперевірки, повторення

1. Охарактеризуйте умови існування живих систем на Землі.

2. Що таке біосфера? Які її межі?

3. Які складові біосфери ви знаєте? Дайте їм характеристику.

4. Прокоментуйте вчення В.І. Вернадського про біосферу.

5. Що таке жива речовина біосфери?

6. Назвіть основні властивості живої речовини.

7. Як ви розумієте різницю між живою і неживою природою?

8. Розкрийте основні функції живих систем.

9. Які функції виконує жива речовина в біосфері?

10. Як відбувається розподіл живої речовини в біосфері та від чого він залежить?

11. Дайте характеристику основним типам екосистем Землі.

12. Обґрунтуйте важливість поняття „стійкість біосфери”.

13. Як проявляється різноманітність природних екосистем? Наведіть приклади.

14. Як поділяють різні екосистеми за відмінностями біопродукції?

15. Дайте загальну характеристику екосистем суходолу та вод-них екосистем.

Тестові завдання: вказати одну правильну відповідь

Питання 1. Що забезпечують взаємозв’язки організмів між собою та з середовищем?

а. Кругообіг речовин

б. Стійкість біогеоценозів

в. Саморегуляцію

г. Кругообіг речовин та потоки енергії

д. Потоки енергії

Питання 2. Назвіть складову літосфери, що є верхнім родючим шаром

а. Ґоунт

б. Гумус

в. Комахи

г. Нітріфікуючі бактерії

Питання 3. Яку назву має перехідна зона від одного біогеоце-нозу до іншого?

а. Ареал

б. Екотон

в. Біотоп

г. Літораль

д. Сукцесія

Питання 4. В якому з шарів атмосфери має місце найвища кон­центрація озону (озоновий екран)?

а. Іоносфера

б. Стратосфера

в. Тропосфера

г. Термосфера

Питання 5. Невичерпними природними ресурсами є...

а. Прісна вода, родючі ґрунти

б. Мінеральні корисні копалини

в. Чисте повітря

г. Сонячна енергія, енергія вітру, припливів.

д. Рослини і тварини

Питання 6. На першому місці по збільшенню концентрації CO2 в атмосфері знаходиться:

а. інтенсивний розвиток сільського господарства

б. спалювання палива на електростанціях

в. розвиток гірничодобувної та металургійної промисловості

г. транспорт

д. аес

Питання 7. Евтрофікація водоймищ виникає внаслідок надхо­дження у водне середовище:

а. важких металів

б. неорганічних речовин, в основному сполук азоту і сірки

в. патогенних мікроорганізмів

г. фосфор та нітрогеновмісних органічних речовин